基于葵花籽油或大豆油，并用米糠蜡改性的油凝胶的物理化学性质

《LWT》：Physicochemical Properties of Oleogels Based on Sunflower or Soybean Oil Structured with Rice Bran Wax.

本研究旨在利用稻米 bran蜡（RBW）制备基于向日葵油（SFO）和菜籽油（SBO）的oleogels，评估蜡浓度（2.5和5 g/100 g）和油基质（高不饱和脂肪酸SFO vs. 较高饱和脂肪酸SBO）对凝胶结构、热性能、质构和油保留能力的影响。结果表明，增加RBW浓度可增强结晶网络，提高凝胶硬度、热稳定性和油保留能力。SFO基oleogels在相同蜡浓度下表现出更高的熔点和稳定性，而SBO基oleogels在较低浓度时已形成稳定凝胶。RBW作为天然蜡具有高酯含量、适中的熔点和可持续来源，是替代氢化油脂的健康脂肪替代品。

　　
本研究聚焦于利用天然植物蜡——米糠蜡（RBW）制备不含反式脂肪酸的橄榄凝胶（oleogels），并系统评估了不同浓度蜡质对油基凝胶的物理化学性质、热行为及功能特性的影响。研究选取了高不饱和脂肪酸含量的向日葵油（SFO）和中等不饱和度的豆油（SBO）作为基质，在2.5g/100g和5g/100g两种RBW浓度下进行对比实验，为开发健康替代性脂肪系统提供了重要技术参考。

### 一、研究背景与意义
随着消费者对食品健康需求的提升，传统氢化油脂因含反式脂肪酸而面临严格监管。WHO建议每日反式脂肪酸摄入应低于总能量1%，而美国FDA早在2018年便全面禁止含反式脂肪酸的油脂制品。在此背景下，橄榄凝胶作为新型替代品备受关注，其核心机理是通过低分子量蜡质（如RBW）结晶网络稳定液态油脂，同时保留天然油脂的营养价值。

研究选取的RBW作为原料具有显著优势：其一，源自稻米加工副产物，符合循环经济理念；其二，含94%以上长链酯类成分，结晶性能优异；其三，天然来源赋予其符合清洁标签要求的特性。通过对比不同浓度蜡质及油基组合，研究揭示了结构稳定机制与性能调控规律。

### 二、关键发现与技术突破
#### 1. 油脂基质的分子特性影响凝胶结构
向日葵油（SFO）与豆油（SBO）的脂肪酸组成差异显著：SFO的ΣPUFA/ΣSFA比值达4.31，而SBO仅为2.84。这种差异导致两者在蜡质结晶动力学上呈现不同表现。SFO因高不饱和脂肪酸含量（如亚油酸占53%）更易形成松散网络，而SBO中较高比例的棕榈酸（17.9%）增强了蜡质结晶的有序性。实验数据显示，5g/100g RBW的SBO基凝胶硬度比SFO基高28%，印证了饱和脂肪酸对网络强化的贡献。

#### 2. 蜡质浓度与结晶网络的协同效应
- **2.5g/100g RBW**：形成基础结晶网络，凝胶硬度达120g（SFO基）至263g（SBO基），但温度超过25℃时结构崩解，显示低温稳定性不足。
- **5g/100g RBW**：显著增强网络密度，SFO基凝胶在35℃仍保持83.7%的油结合能力，SBO基则提升至94.2%。这种浓度依赖性源于蜡质晶体间距的精确调控——高浓度下形成5-8μm纤维状结晶，提供更强的机械支撑。

#### 3. 热力学特性与功能性平衡
DSC分析揭示RBW结晶熔点（80.8℃）与油相基质的相变特性形成动态平衡。当蜡质浓度从2.5提升至5g/100g时：
- **熔化焓（ΔH）**增加32%，表明结晶网络密度提升；
- **玻璃化转变温度（Tg）**从SFO基的59.7℃升至SBO基的62.5℃，显示蜡质网络对温度敏感性的调控；
- **热稳定性指数（ΔH/Tg）**达到0.32 J/(g·℃)，优于传统氢化油脂（通常<0.25）。

#### 4. 氧化稳定性与保质性能
通过碘值、过氧化值等指标评估，RBW基凝胶的氧化稳定性显著优于基础油。5g/100g RBW的SBO基凝胶在30天保质期后仍保持91.8%的油保留率，较传统氢化脂肪低40%的氧化损耗。这归因于蜡质形成的致密结晶层（厚度约50nm）有效阻隔氧气渗透，同时通过氢键网络稳定多不饱和脂肪酸结构。

### 三、工业化应用潜力分析
#### 1. 保质期与结构稳定性
- **短期保质**（<15天）：5g RBW浓度下，SBO基凝胶油保留率高达97.0%，显著优于SFO基（96.7%），证明饱和脂肪酸更利于形成稳定屏障。
- **长期储存**（30天）：SBO基凝胶在5g/100g浓度下仍保持94.2%的油结合能力，较SFO基提升12.5%，显示豆油基系统在耐储存性上更具优势。

#### 2. 热加工适应性
通过模拟巴氏杀菌（72-85℃）和煎炸（180-200℃）场景测试：
- **高温稳定性**：5g RBW的SBO基凝胶在200℃煎炸30分钟后仍保持87%的结构完整性，优于氢化棕榈油（72%）。这得益于蜡质晶体（长径比>5:1）形成的三维网状结构，可承受300%的剪切力而不破裂。
- **低温储存性能**：在-20℃至5℃区间，5g RBW浓度下的SBO基凝胶硬度达到374g（穿透力测试），满足冷冻食品所需的低温硬度指标。

#### 3. 感官特性优化
色差ΔE*控制在1.7-2.5之间（以基油为基准），符合ISO 105-A02标准（ΔE*≤3.5）。质构分析显示：
- **硬度梯度**：SBO基凝胶在5g/100g浓度下硬度达374g（5℃），比SFO基高24%，且随温度升高下降速率减缓（-0.15g/℃ vs -0.22g/℃）。
- **弹性恢复率**：在25℃循环压缩测试中，SBO基凝胶的弹性恢复率达89%，优于商业氢化油（72%）。

### 四、技术经济性评估
#### 1. 原料成本优化
米糠蜡作为副产品，成本较传统植脂末（如棕榈蜡）降低40%。实验中5g/100g浓度下，SBO基凝胶成本为0.78美元/公斤，较氢化油（1.15美元/公斤）更具经济性。

#### 2.生产工艺适配性
现有工艺可无缝整合：
- **预熔融阶段**：蜡质在90℃熔融后与油基质以500rpm搅拌15分钟，确保分子级混合。
- **冷却结晶工艺**：2℃/分钟的降温速率下，蜡质结晶网络在15分钟内完成形成，较传统 beeswax 凝胶（25分钟）缩短40%。

#### 3.市场应用场景
- **烘焙行业**：替代氢化油后，蛋糕体积膨胀率提升18%，保质期延长至6个月。
- **乳制品加工**：在奶酪基体中添加20%的RBW基凝胶，使产品硬度提升30%，保质期延长至9个月。
- **冷冻食品**：冰淇淋基体中添加5g/100g RBW，-25℃仍保持Q弹口感，断裂力达15N（对比氢化油基体12N）。

### 五、未来研究方向
1. **微观结构表征**：引入SEM和XRD技术，解析蜡质晶体形貌（如针状结构长度与油保留率的关系）。
2. **极端环境测试**：模拟微波加热（2450MHz，800W）和高压灭菌（121℃，15min）场景的稳定性。
3. **功能改性**：通过接枝亲水基团（如聚谷氨酸）开发兼具油包水/水包油能力的复相凝胶。
4. **规模化生产验证**：在50吨级反应釜中测试，考察连续生产对凝胶特性的影响。

该研究为开发零反式脂肪酸的食品脂肪系统提供了完整技术路线，其核心创新在于通过蜡质浓度梯度调控（2.5-5g/100g）实现性能优化，同时建立脂肪酸组成与结晶网络的定量关系模型（R2=0.93），为工业放大奠定理论基础。